GPS / INS - GPS/INS
GPS / INS ist die Verwendung von GPS- Satellitensignalen zur Korrektur oder Kalibrierung einer Lösung aus einem Trägheitsnavigationssystem (INS). Die Methode ist für jedes GNSS / INS-System anwendbar.
Überblick
GPS / INS-Methode
Das GPS liefert einen absolut driftfreien Positionswert, der zum Zurücksetzen der INS-Lösung verwendet oder mithilfe eines mathematischen Algorithmus wie eines Kalman-Filters damit gemischt werden kann . Die Winkelausrichtung des Geräts kann aus der Reihe der Positionsaktualisierungen des GPS abgeleitet werden. Die Änderung des Positionsfehlers relativ zum GPS kann verwendet werden, um den unbekannten Winkelfehler abzuschätzen.
Die Verwendung von GPS mit einem INS hat den Vorteil, dass das INS durch die GPS-Signale kalibriert werden kann und dass das INS Positions- und Winkelaktualisierungen schneller als GPS bereitstellen kann. Bei hochdynamischen Fahrzeugen wie Raketen und Flugzeugen füllt INS die Lücken zwischen den GPS-Positionen. Zusätzlich kann GPS sein Signal verlieren und das INS kann weiterhin die Position und den Winkel während des Zeitraums des verlorenen GPS-Signals berechnen. Die beiden Systeme ergänzen sich und werden häufig zusammen eingesetzt.
Anwendungen
GPS / INS wird üblicherweise in Flugzeugen zu Navigationszwecken verwendet. Die Verwendung von GPS / INS ermöglicht flüssigere Positions- und Geschwindigkeitsschätzungen, die mit einer Abtastrate schneller als der GPS-Empfänger bereitgestellt werden können. Dies ermöglicht auch eine genaue Schätzung der Fluglagenwinkel (Roll-, Nick- und Gierwinkel). Im Allgemeinen ist die GPS / INS- Sensorfusion ein nichtlineares Filterproblem, das üblicherweise mit dem erweiterten Kalman-Filter (EKF) oder dem nicht parfümierten Kalman-Filter (UKF) angegangen wird. Die Verwendung dieser beiden Filter für GPS / INS wurde in verschiedenen Quellen verglichen, einschließlich einer detaillierten Sensitivitätsanalyse. Die EKF verwendet einen analytischen Linearisierungsansatz unter Verwendung von Jacobi- Matrizen, um das System zu linearisieren, während die UKF einen statistischen Linearisierungsansatz verwendet, der als nicht parfümierte Transformation bezeichnet wird und eine Reihe deterministisch ausgewählter Punkte verwendet, um die Nichtlinearität zu handhaben. Die UKF erfordert die Berechnung einer Matrix Quadratwurzel des Zustandsfehler - Kovarianzmatrix , die die Ausbreitung der Sigma Punkte für die Unscented Transformation zu bestimmen , verwendet wird. Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Berechnung der Quadratwurzel der Matrix, die in der GPS / INS-Anwendung dargestellt und verglichen wurden. Aus dieser Arbeit wird empfohlen, die Cholesky-Zerlegungsmethode zu verwenden.
Zusätzlich zu Flugzeuganwendungen wurde GPS / INS auch für Automobilanwendungen wie autonome Navigation, Steuerung der Fahrzeugdynamik oder Schätzung der Steifigkeit von Seitenschlupf, Rollen und Reifenkurven untersucht.
Siehe auch
Verweise
- US-Patent Nr. 6900760